[发明专利]一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法，属于泡沫金属制备技术领域。

背景技术

泡沫金属是一种物理功能与结构特性一体化的新型工程材料。80年代初国际上开始金属泡沫材料研制，金属泡沫材料具备质轻、隔音、过滤和阻燃特性，又有很强的吸震和电磁屏蔽作用，因此，广泛应用于国防工业。90年代起，泡沫金属推广应用于民用工业，例如，高水平的泡沫镍应用于电容和超级电容的制备。目前，我国泡沫金属研制和生产技术水平居于世界前列。

泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。通过其独特的结构特点，泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。

泡沫金属的孔隙度常常达到90%以上，并且具有一定强度和刚度的多孔金属。这类金属孔隙度高，孔隙直径可达至毫米级。泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性， 如比重小、比表面大能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好等。

泡沫金属的制备方法主要有粉末冶金法、金属沉积法、烧结法、熔融金属发泡法等。然而，现有技术制备的泡沫金属通常存在强度差，耐磨、耐氧化性能差的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有技术制备的泡沫金属通常存在强度差，耐磨、耐氧化性能差的问题，提供一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法，该方法将铝粉、氧化铁、石灰石、聚四氟乙烯与正己烷混合后于胶体磨中研磨，待干燥后过筛收集混合粉末，然后将其与助燃剂氯酸钾，引燃剂镁粉搅拌出料，加入模具后用镁条引燃，引发模具内物料自发反应，形成高温环境，使石灰石分解产生气体，使材料发泡，经洗涤干燥后，在高温条件下，使氢气扩散至发泡材料内部还原其中的金属氧化物，冷却即得高强耐磨泡沫铁合金。本发明制备工艺简便，制得的材料孔隙率达98%以上，通孔率达95%以上，具有强度高，耐氧化、耐磨性能好的特性，具有广泛应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）依次称取100～120g铝粉，300～360g氧化铁，60～80g石灰石，10～15g聚四氟乙烯，加入盛有200～250mL正己烷的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合6～8min，随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中，循环研磨2～3h，出料，将所得物料转入75～80℃真空干燥箱中，干燥处理3～5h，过筛，收集120～180目混合粉末；

（2）将上述所得混合粉末投入混料机中，再加入10～15g氯酸钾，15～20g镁粉，启动混料机搅拌器，以350～400r/min转速搅拌混合20～25min，出料，将其加入预制石英模具中，控制填装高度为模具的40～48%，随后在物料表面插入一根长为6～8cm的镁条；

（3）以3～5mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气，点燃镁条，引发模具中物料反应，待反应结束，使其自然冷却至80～90℃，趁热脱模，将所得块状发泡材料浸入冰水中，浸泡2～4h，取出，用去离子水冲洗块状发泡材料，直至洗涤液中无碎渣为止，随后将块状发泡材料转入105～110℃烘箱中，干燥至恒重；

（4）将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉，以2～4mL/min速率向马弗炉内通入氩气，直至置换出所有的空气为止，开启马弗炉加热器，升温至460～500℃，保温45～60min，随后以1～2mL/min速率向马弗炉内通入氢气，并以5～7℃/min速率逐步升温至580～600℃，保温反应1～2h，停止加热，在氢气保护状态下，随炉冷却至室温，出料，即得高强耐磨泡沫铁合金。

本发明的应用方法是：将本发明制得的泡沫铁合金材料切割成厚度为50～80mm板材，再利用有机胶黏剂将其覆盖在飞机场及火车道旁的隔音板上，经检测，所得隔音板露天放置使用8～10年后，未发生明显氧化腐蚀，隔音效果未出现明显的衰减现象。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制得的泡沫铁合金材料空隙均匀，通孔率高，强度得到较大提升；

（2）本发明制得的泡沫铁合金材料耐磨、耐氧化性好，具有很强的隔音、抗震和电磁屏蔽作用。

具体实施方式